Nedavno je profesor Tsumoru Shintake sa Instituta za nauku i tehnologiju Okinave (OIST) predložio revolucionarnu tehnologiju ekstremne ultraljubičaste (EUV) litografije koja ne samo da nadilazi granice postojeće proizvodnje poluprovodnika, već i najavljuje novo poglavlje u budućnosti industriju.
Ova inovacija značajno poboljšava stabilnost i mogućnost održavanja jer njen pojednostavljeni dizajn zahtijeva samo dva ogledala i izvor svjetlosti od samo 20W, čime se ukupna potrošnja energije sistema smanjuje na manje od 100kW, što je samo jedna desetina potrošnje energije tradicionalnih tehnologija. (koji obično zahtijevaju više od 1MW (=1000kW) za rad). Novi sistem održava veoma visok kontrast uz smanjenje 3D efekta maske, postižući nanometarsku preciznost potrebnu za precizan prenos logičkih obrazaca sa fotomaski na silikonske pločice.
Srž ove inovacije je upotreba kompaktnijeg i efikasnijeg EUV izvora svjetlosti, koji značajno smanjuje troškove uz značajno poboljšanje pouzdanosti i vijeka trajanja opreme. Posebno je upečatljivo da je njegova potrošnja energije samo jedna desetina potrošnje energije tradicionalnih EUV litografskih mašina, što otvara put zelenom i održivom razvoju u industriji poluprovodnika.
Ključ ovog tehnološkog otkrića leži u rješavanju dva problema koja dugo muče industriju: jedan je dizajn minimalističkog i efikasnog optičkog projekcionog sistema koji se sastoji od samo dva pažljivo konfigurisana ogledala; drugi je razvoj nove metode koja može precizno voditi EUV svjetlo do područja logičnog uzorka na ravnom ogledalu (fotomaska) bez prepreka, postižući optimizaciju optičke putanje bez presedana.
Izazovi EUV litografije
Procesori koji omogućavaju umjetnu inteligenciju (AI), čipovi male snage za mobilne uređaje kao što su mobilni telefoni i čipovi za DRAM memoriju visoke gustoće - svi ovi napredni poluvodički čipovi proizvedeni su korištenjem EUV litografije.
Međutim, proizvodnja poluvodiča susreće se s problemima velike potrošnje energije i složenosti opreme, što uvelike povećava troškove instalacije, održavanja i potrošnje električne energije. Tehnološki izum profesora Tsumorua Shintakea direktan je odgovor na ovaj izazov i on ga naziva revolucionarnim dostignućem koje "gotovo u potpunosti rješava ove skrivene probleme".
Tradicionalni optički sistemi se oslanjaju na simetričan raspored sočiva i otvora blende da bi postigli optimalne performanse, ali posebne karakteristike EUV svetlosti - izuzetno kratka talasna dužina i laka apsorpcija materijala - čine ovaj model više neprimenljivim. EUV svjetlost treba da se reflektira ogledalom u obliku polumjeseca i cik-cak na otvorenom prostoru, žrtvujući neke optičke performanse. Nova tehnologija OIST-a, kroz osnosimetrični sistem dvostrukih ogledala raspoređenih u pravu liniju, ne samo da vraća odlične optičke performanse, već i uvelike pojednostavljuje strukturu sistema.
Značajno smanjenje potrošnje energije
Budući da je EUV energija oslabljena za 40% pri svakoj refleksiji ogledala, u industrijskom standardu, samo oko 1% energije EUV izvora svjetlosti dospijeva do pločice kroz 10 korištenih ogledala, što znači da je potreban vrlo visok izlaz EUV svjetlosti. Da bi zadovoljio ovu potražnju, CO2 laser koji pokreće EUV izvor svjetlosti zahtijeva puno električne energije, kao i puno vode za hlađenje.
Nasuprot tome, ograničavanjem broja ogledala na samo četiri od EUV izvora svjetlosti do pločice, više od 10% energije može se prenijeti, što znači da čak i mali EUV izvor svjetlosti od desetina vati može djelotvorno raditi. . Ovo može značajno smanjiti potrošnju energije.
Prevazilaženje dva velika izazova
U poređenju sa postojećim industrijskim standardima, model OIST pokazao je značajne prednosti svojim aerodinamičnim dizajnom (samo dva ogledala), ekstremno niskim zahtjevima za izvorom svjetlosti (20W) i ukupnom potrošnjom energije (manje od 100kW) koja je manja od jedne desetine te tradicionalnih tehnologija. Ova inovacija ne samo da osigurava prijenos uzorka s preciznošću na nanometarskom nivou, već i smanjuje 3D efekat maske, poboljšavajući ukupne performanse.
Konkretno, smanjenjem broja refleksija ogledala na četiri puta, novi sistem postiže efikasnost prijenosa energije od više od 10%, omogućavajući čak i malim EUV izvorima svjetlosti da rade efikasno, čime se značajno smanjuje potrošnja energije. Ovo dostignuće ne samo da smanjuje opterećenje CO2 lasera, već i smanjuje potrebu za rashladnom vodom, dodatno utjelovljujući koncept zaštite okoliša.
Profesor Tsumoru Shintake je također izumio optičku metodu osvjetljenja "dual-line field", koja pametno rješava problem interferencije optičkog puta i postiže precizno mapiranje uzorka od fotomaske do silikonske pločice. On je to uporedio sa podešavanjem ugla baterijske lampe da osvetli ogledalo na najbolji način, izbegavajući sudare svetlosti i maksimizirajući efikasnost osvetljenja, demonstrirajući svoju izuzetnu kreativnost i mudrost.
